根據(jù)紅雁池第一發(fā)電有限責(zé)任公司9號(hào)發(fā)電機(jī)無功上沖現(xiàn)象的分析處理過程，簡要介紹了勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的原理及現(xiàn)場調(diào)試需注意的問題。
0 引言
紅雁池第一發(fā)電有限責(zé)任公司9號(hào)100MW發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置為東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的DWLQ-12型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，它適用于帶副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)－靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)----即"三機(jī)"系統(tǒng)。交流主勵(lì)磁機(jī)的輸出經(jīng)硅整流橋和磁場斷路器供給發(fā)電機(jī)磁場；主勵(lì)磁機(jī)的磁場電流由可控硅橋整流副勵(lì)磁機(jī)輸出來提供。
1 DWLQ-12型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理簡介
調(diào)節(jié)器采樣發(fā)電機(jī)和主勵(lì)磁機(jī)的電流、電壓、系統(tǒng)電壓等反饋信號(hào)，通過調(diào)節(jié)可控硅橋的觸發(fā)角度，達(dá)到發(fā)電機(jī)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)。
整套勵(lì)磁裝置包括自動(dòng)調(diào)節(jié)器、硅整流柜、磁場開關(guān)柜、切換柜、過電壓保護(hù)柜等部件。其中自動(dòng)調(diào)節(jié)器為此裝置的核心，它包括操作柜（-OPC）、調(diào)節(jié)柜一（-AVR-Ⅰ）、調(diào)節(jié)柜二（-AVR-Ⅱ）。操作柜裝有一些繼電器和人機(jī)對(duì)話操作工作站，并且包括主回路的輸入／輸出電纜接頭；兩個(gè)調(diào)節(jié)柜各包括一個(gè)調(diào)節(jié)通道，每個(gè)調(diào)節(jié)通道包括一條主回路和一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)以及信號(hào)檢測(cè)和調(diào)理單元。調(diào)節(jié)器的控制部分以高速IPC工控機(jī)為中心，其構(gòu)成模板包括CPU主板、I/O板、A/D板、網(wǎng)卡、電子盤、脈沖形成板。兩個(gè)通道的微機(jī)和操作柜內(nèi)的工作站組成ARCNET局域網(wǎng)，以同軸電纜連接。模擬信號(hào)處理單元處理的信號(hào)有發(fā)電機(jī)和主勵(lì)磁機(jī)的電流、電壓、系統(tǒng)電壓，調(diào)理后的信號(hào)送到工控機(jī)的A/D板。副勵(lì)磁機(jī)機(jī)端電壓信號(hào)送到信號(hào)調(diào)理單元，將正弦波轉(zhuǎn)化為同頻率的方波，送到工控機(jī)的脈沖形成板，使可控硅觸發(fā)脈沖與交流電源同步。可控硅的觸發(fā)脈沖在脈沖形成板生成，送到脈沖放大單元，經(jīng)放大后送到可控硅的控制極。六路脈沖皆是間隔60度的雙脈沖。正常情況下，兩個(gè)通道并聯(lián)工作，當(dāng)其中某一通道因故退出運(yùn)行時(shí)，另一通道可滿足包括發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)在內(nèi)的所有運(yùn)行需要。
調(diào)節(jié)柜AVR的主要目的是精確控制和調(diào)整發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和無功功率，響應(yīng)時(shí)間不超過幾微秒。本數(shù)字調(diào)節(jié)器不斷比較反饋信號(hào)和給定量的偏差，計(jì)算出控制量。通過給定適當(dāng)?shù)谋壤糯笙禂?shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)、硬反饋系數(shù)、軟反饋系數(shù)、調(diào)差系數(shù)等保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。
勵(lì)磁調(diào)節(jié)器有恒電壓、恒電流、恒無功功率三種運(yùn)行方式。在原理上，三種運(yùn)行方式可在任意時(shí)刻進(jìn)行切換；切換時(shí)不會(huì)產(chǎn)生機(jī)端電壓或無功波動(dòng)。恒電壓運(yùn)行時(shí)若電壓測(cè)量回路發(fā)生了故障，將自動(dòng)切換到恒電流運(yùn)行方式。在故障未清除前，不能切到恒電壓和恒無功功率方式。發(fā)電機(jī)運(yùn)行在空載狀態(tài)下，不允許勵(lì)磁調(diào)節(jié)器切換至恒無功功率方式運(yùn)行，僅當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，這兩種方式的切換才有效。
2 無功上沖檢查、處理情況
2002年1月15日9號(hào)機(jī)于17：53分并網(wǎng)運(yùn)行，調(diào)節(jié)柜Ａ、Ｂ柜輸出電流相同。16日清晨8：00分，系統(tǒng)無任何沖擊，9號(hào)機(jī)無功由9Mvar上升至51Mvar，轉(zhuǎn)子電壓由162V上升至190V，轉(zhuǎn)子電流由910A上升至1200A，有功為80MW。17日1:30分，系統(tǒng)無任何沖擊，9號(hào)機(jī)無功負(fù)荷從24Mvar上升至56Mvar。根據(jù)上述情況，分析認(rèn)為勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置軟硬反饋是一個(gè)負(fù)反饋，硬反饋信號(hào)在三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中起到減小控制系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，軟反饋可起到超前調(diào)節(jié)的作用，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，但如果反饋?zhàn)饔锰髮?huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以盡量將反饋信號(hào)取小一些，將A、B柜"調(diào)節(jié)器輸出電流測(cè)量校正系數(shù)KpuIfdh"由1.35降至0.66后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流、勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓擺動(dòng)大，A、B柜輸出電壓也有輕微擺動(dòng)，后將系數(shù)改為0.85，觀察正常。
1月20日0：05分系統(tǒng)無任何沖擊，9號(hào)機(jī)無功由23Mvar上升至80Mvar，有功為102MW。將A、B柜"調(diào)節(jié)器輸出電流測(cè)量校正系數(shù)KpuIfdh"由0.8改為1.0，觀察正常。
1月21日至23日9號(hào)機(jī)臨修，對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行了全面檢查，并進(jìn)行開環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)永磁機(jī)輸出電流測(cè)量回路中低值區(qū)間有測(cè)量值非線性偏差的情況，分析認(rèn)為是由于調(diào)節(jié)柜輸出電流電壓（I/U）變比太大的緣故。
1月25日3：10～7：30分，有功為67MW，無功為8Mvar，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓為141V，交流勵(lì)磁機(jī)電壓為118V，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓在120～180V之間擺動(dòng)，交流勵(lì)磁機(jī)電壓在100～125V之間擺動(dòng)。檢查9號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜，未發(fā)現(xiàn)異常。
根據(jù)上述情況，分析認(rèn)為：#9機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器經(jīng)過檢查，25日投運(yùn)以來，發(fā)現(xiàn)在夜間低負(fù)荷時(shí)，固定在大約P=68MW，Q=8Mvar附近發(fā)生發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓表擺動(dòng)、而機(jī)組輸出無明顯變化的情況。綜合機(jī)組停機(jī)期間檢查的數(shù)據(jù)，估計(jì)與永磁機(jī)輸出電流測(cè)量回路中低值區(qū)間有測(cè)量值非線性偏差的情況有關(guān)；而此前之所以未發(fā)生同樣現(xiàn)象，可能是由于雙通道間通訊網(wǎng)絡(luò)故障，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)獨(dú)立工作，互相補(bǔ)充輸出、互相牽扯，因而能保持輸出穩(wěn)定。為證實(shí)以上推測(cè)，需做試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)方案是：小幅調(diào)整反饋量系數(shù)Kpuifdl，再將發(fā)電機(jī)負(fù)荷降到前兩天出現(xiàn)電壓擺動(dòng)的區(qū)間，觀察是否出現(xiàn)相同情況。如果情況有所改進(jìn)，則說明現(xiàn)象可通過參數(shù)調(diào)整來抑制；若情況依舊，說明可能硬件回路參數(shù)匹配不當(dāng)，則在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候更換永磁機(jī)輸出電流測(cè)量變送器，暫時(shí)要求發(fā)電機(jī)避開該點(diǎn)運(yùn)行。
1月29日3：15分將A、B柜"調(diào)節(jié)器輸出電流測(cè)量校正系數(shù)KpuIfdh"由1.0改為1.2，觀察正常。
1月30日17：42分，有功為81MW，無功為19Mvar，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓在160～200V之間擺動(dòng)，交流勵(lì)磁機(jī)電壓在140～160V之間瞬間擺動(dòng)3～4次。
根據(jù)上述現(xiàn)象，分析認(rèn)為：9號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器29日凌晨反饋量系數(shù)Kpuifd從1.0調(diào)整至1.2后，經(jīng)試驗(yàn)在低負(fù)荷區(qū)間未發(fā)生擺動(dòng)。但29日下午在P=80MW時(shí)發(fā)生勵(lì)磁電壓間歇擺動(dòng)而發(fā)電機(jī)無功不變的現(xiàn)象。經(jīng)分析，中間反饋環(huán)節(jié)放大倍數(shù)太大，造成系統(tǒng)振蕩，從而導(dǎo)致該現(xiàn)象。1月30日12：30分，將反饋量系數(shù)Kpuifd從1.2調(diào)整至1.0，軟反饋系數(shù)Kifd s從1200調(diào)至1000，硬反饋系數(shù)Kifd h從50調(diào)至60后，至2月2日電壓無擺動(dòng)現(xiàn)象。
2月2日8：47分又發(fā)生無功由12Mvar上升至70Mvar，有功為90MW，其余表計(jì)均有不同程度擺動(dòng)的現(xiàn)象，為徹底解決9號(hào)發(fā)電機(jī)無功上沖的問題，經(jīng)認(rèn)真分析研究，制定以下方案：
（1） 采用直流電壓調(diào)節(jié)取代以前的交流電壓調(diào)節(jié)，因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)頻率大幅度變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致交流電壓測(cè)量有誤差，使調(diào)節(jié)器誤調(diào)，而直流電壓調(diào)節(jié)則不受頻率的影響。
（2） 數(shù)字濾波采用平均值濾波結(jié)合慣性濾波，使濾波效果更好。
（3） 取消積分和微分，采用比例、硬反饋、軟反饋方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，排除了由于微分投入后導(dǎo)致觸發(fā)角變化快而強(qiáng)減時(shí)觸發(fā)角變化慢的弊端。
（4） ARCNET網(wǎng)絡(luò)通訊采用中斷方式取代查詢方式，使調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)交換實(shí)時(shí)性更好。
（5） 通過發(fā)出方波信號(hào)至他機(jī)來檢測(cè)是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)。
3 取得效果
實(shí)施以上方案后，作了以下工作：
在靜態(tài)調(diào)試過程中：
（1） 在作小電流開環(huán)時(shí)，發(fā)現(xiàn)可控硅觸發(fā)角在48度和37度有掉脈沖的現(xiàn)象，分析可能是由于中頻機(jī)帶負(fù)載能力有限所致，將同步信號(hào)濾波電容加大一倍后，此缺陷消除。重新用數(shù)字示波器校對(duì)觸發(fā)角度。
（2） 將300安培／10伏的電流電壓變換器的串心聯(lián)接銅排取消，用70平方毫米的軟銅芯線纏繞兩匝后，使通過電流電壓變換器的電流加大一倍，排除了由于變送器工作在非線性區(qū)對(duì)調(diào)節(jié)器的影響。
在動(dòng)態(tài)調(diào)試過程中：
（1） 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)在升壓至額定時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓不穩(wěn)，在調(diào)整調(diào)節(jié)系數(shù)效果不大的情況下，將慣性濾波取消，調(diào)整比例放大系數(shù)為180，硬反饋系數(shù)為15，軟反饋系數(shù)為1320，勵(lì)磁電壓穩(wěn)定。
（2） 在并網(wǎng)后，機(jī)組帶一定負(fù)荷，勵(lì)磁電壓出現(xiàn)波動(dòng)，而且與頻率變化大有關(guān)，可能是調(diào)節(jié)器靈敏度較高所致，將比例放大系數(shù)調(diào)整為100，硬反饋系數(shù)為15，軟反饋系數(shù)為400，勵(lì)磁電壓波動(dòng)情況好轉(zhuǎn)。
（3） 考慮到勵(lì)磁電壓的波動(dòng)與系統(tǒng)有關(guān)的因素，特別在系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)表現(xiàn)在發(fā)電機(jī)定子電流波動(dòng)后才出現(xiàn)勵(lì)磁電壓的波動(dòng)，將調(diào)差系數(shù)整定為正調(diào)差0.01投入后，勵(lì)磁電壓波動(dòng)情況大為好轉(zhuǎn)，波動(dòng)幅度小，而且在系統(tǒng)頻率無變化時(shí)勵(lì)磁電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，正調(diào)差的好處在于系統(tǒng)出現(xiàn)無功缺額時(shí)能夠及時(shí)減少角度將無功增加，在無功上沖時(shí)能夠?qū)⒔嵌燃哟髮o功降低。
通過以上處理，調(diào)節(jié)器的缺陷得以解決，運(yùn)行正常，發(fā)電機(jī)再未出現(xiàn)無功上沖現(xiàn)象。
4 運(yùn)行中需注意的問題
（1） 為了使勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行可靠，系統(tǒng)內(nèi)的的限制功能必須調(diào)整合適，以免引起繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)不能連續(xù)工作。
（2） 運(yùn)行人員對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象要及時(shí)準(zhǔn)確的記錄在案，以便于有關(guān)技術(shù)人員分析。
（3） 由于勵(lì)磁系統(tǒng)的復(fù)雜性，各參數(shù)的調(diào)整要根據(jù)不同的機(jī)組狀況進(jìn)行調(diào)整，以滿足系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。